단 1g으로 30만 가구 전기 뚝딱⚡️인류 운명 바꿀 꿈의 에너지｜과몰입 ep.1｜크랩

 

 

 

제프 베조스, 빌 게이츠, 폴 앨런, 피터틸

실리콘밸리의 선구자 세계 최고의 부자들이

공통으로 주목하고 투자를 퍼붓고 있는 곳이 있습니다.

 

이곳에서 연구 중인 기술이 성공해 상용화되면

하루종일 에어컨을 틀어놓구나 히터를 돌려도

전기세가 나올 걱정이 없고요

초음속을 돌파하는 기차를 탈 수 있게 되는 건 물론

호텔, 레스토랑, 쇼핑몰이 있는 초고대 비행기가 날아다니게 될 수도 있다고 합니다.

그것도 공짜로 말이죠.

 

항공모함을 두 손으로 번쩍 들어 올리고

우주 공간을 자유자재로 날아다니는 아이언맨의 초인적인 능력도

바로 이 에너지 덕분에 가능한 건데요

그 정체는 바로 꿈의 에너지

인류의 운명을 바꿀 또 하나의 태양이라고 불리는

핵융합 에너지입니다.

 

어렸을 적 그렸던 스마트폰, 로봇, 자율주행 자동차가 현실이 된 것처럼

지금 우리의 상상은 과연 어디까지 실현될지

50년 후 미래부터 알게 모르게 접하고 있던 일상 속 과학까지

과몰입해 풀어드릴

저는 과학커뮤니케이터 엑소입니다.

 

오늘은 핵융합이 무엇인지, 그 원리와

핵융합 에너지가 상용화되면 일어날 꿈같은 일들

또 현재 세계 최고 수준이라는 우리나라 핵융합에너지 기술의 현주소까지

핵융합에 과몰입해 쉽고 재밌게 설명해드리겠습니다.

 

 

>>‘핵융합에너지’가 뭐임?

우리가 원래 알고 있던 핵을 이용한 에너지는

이 원자력 발전소에서 나오는 ‘핵분열에너지’였죠.

원자핵을 쪼개면서 방출된 에너지로

물을 끓여서 증기를 만들고

그 증기로 터빈을 돌려 에너지로 바꾸는 방식이었는데요

 

핵융합에너지는 반대로

이 수소와 같은 가벼운 원소들을

고온을 이용해 합쳐서 만들어내는 에너지입니다.

 

제가 좀 더 쉽고 재밌게 설명드릴게요.

우리가 학교에서 배웠던 과학 이론

이 플러스는 플러스를 마이너스는 마이너스를

즉, 같은 전하는 서로를 밀어내는 성질이 있잖아요.

 

원자핵에도 이 플러스 전하을 띠는 양성자가 있어서

같은 원자핵끼리 만나면 반발력이 생겨

서로를 엄청나게 밀어낸다고 해요.

근데 이때 이 원자핵이 서로를 밀어내는 힘보다

더 강한 힘을 줘서 억지로 합체시키면

결국 서로 붙게 되죠.

 

쉬운 예로 명절 한번 떠올려볼까요?

오랜만에 본 친척 어른이 용돈을 주시면 두세 번은 거절하는 게 국룰 아닙니까?

일정 거리를 두고 이 용돈을 건네주실 때는

“괜찮습니다” 이렇게 하면서 사양하다가

어르신이 주머니에 돈을, 특히 신사임당이 보이면 못이기는 척 힘을 풀고

“아유 감사합니다” 이렇게 용돈을 받는 것 처럼

이 원자핵들도 서로 아주 가까워지면

반발력은 갑자기 사라지고 근접거리에 들어온 용돈처럼

엄청나게 강한 힘으로 서로 붙게 됩니다.

이게 바로 핵융합의 원리구요.

 

이때 고온 고압을 이용해 원자핵들이 일정 거리 이상 가까워지면

서로를 붙잡는 힘이 생기는데

이 힘을 ‘핵력’이라고 부르죠.

 

이렇게 합쳐진 두 원자의 질량은

둘을 더한 양보다 줄어들게 되는데

사라진 질량은 신기하게도 에너지로 바뀝니다.

이때 만들어진 에너지를 ‘핵융합에너지’라고 부르는 거죠.

 

줄어드는 질량이 에너지가 된다?

이 부분은 아인슈타인의 공식으로 설명할 수 있는데요

여기까지 설명하면 좀 복잡하니까

‘사라진 질량= 에너지로 변환’

오늘은 이렇게 이해하고 넘어가 볼게요.

 

 

>>무한 에너지 (전기료 0원 시대 온다?)

지금 전 세계에서 쓰이는 주 에너지는 석유 가스등이 있죠.

그런데 얘네들은 한계가 있습니다.

석유는 약 40년 정도

천연가스와 우라늄은 약 65년 정도 사용할 양만 남아있다고 하는데요

지금 많은 나라에서 구축에 힘쓰고 있는 신재생 에너지도

날씨 영향을 많이 받고

들이는 공과 시간에 비해 에너지를 많이 얻을 수 없다는 단점이 있습니다.

 

반면에 핵융합에너지는 지구의 수명이 끝나는 날까지 무한대로 사용할 수 있고

자연을 파괴하는 탄소는 단 1도 배출되지 않는다고 합니다.

 

핵융합에 들어가는 재료인 수소

바다의 무한할 정도로 많이 있어서 고갈될 걱정이 없고요

수소원자 1그램을 핵융합하는데 성공하면

무려 30만 가구가 1년 동안 펑펑 쓸 수 있는 에너지가 나온다고 합니다.

 

자, 그렇다면 이 한계가 없는 꿈의 에너지, 핵융합 에너지가 상용화될 경우

과연 어떤 일이 일어날까요?

 

일상에서 체감할 수 있는 변화부터 보자면

올해부터 전기료가 10% 가까이 올랐고 앞으로 더 오를 거라고 하잖아요.

핵융합 에너지가 상용화되면 이 공과금 걱정 없이

여름에 하루 종일 에어컨을 틀 수 있는 날이 오는 거죠.

 

자동차에도 적용이 되면 주유소는 완전히 사라질 거고요

초대형, 초호화, 초고속 비행기를 탈 수 있게 됩니다.

이를 구현한 영상이 있는데요

5천명을 수용할 수 있는 초고대 비행기에

호텔, 레스토랑, 쇼핑몰, 수영장, 병원, 영화관 등

모든 걸 갖춘 초호화 시설을 볼 수 있죠.

연료 걱정이 없어 마치 설국열차처럼

몇 년 동안 하늘에서 살 수 있게 될 거라는 말도 있습니다.

 

인도적으로는 인류의 비극

전쟁을 막을 해결책이 될 수 있지 않을까 싶은데요

역사적으로 자원을 차지하기 위해 일어났던 수 많은 전쟁들

욕심낼 필요 없는 무한한 에너지가 생기면

불필요한 싸움과 희생을 막을 수 있겠죠.

 

>>세계 신기록 쓴 K-과학

지구와 인류 문명을 바꿔놓을 핵융합 에너지 개발을 위해

여러 나라가 힘을 모으고 있습니다.

우리나라를 포함해 EU, 미국, 러시아, 일본, 중국, 인도 등 34개국이

ITER 국제 핵융합실험로 프로젝트를 함께 하고 있는데요

지구 역사상 가장 큰 규모의 국제공동연구 개발 사업이라고도 불리고 있습니다.

 

1988년 시작된 이터 프로젝트

지금은 프랑스 남부의 500메가와트급 국제 핵융합 실험로를 완공하는 걸 목표로 하고

있고요

우리나라는 2003년 조금 늦게 참여했지만

지금은 주축국으로 자리 잡아

가장 중요하고 필수적인 장치와 부품을 담당하고 조달하고 있습니다.

 

이 프로젝트와는 별개로

각 나라에서 핵융합에너지를 상용화시킬 수 있는 기술 연구개발에 열을 올리고 있는데요 지금 전 세계의 주 에너지인 석유공급을 쥐고 있는 사우디아라비아가

세계적인 부국이고, 외교적으로도 강국인 걸 보면

핵융합에너지를 좌지우지할 수 있는 나라가 미칠 영향력이 얼마나 클지

왜 핵융합에너지가 중요한지 여러분들도 가늠이 가죠?

 

자, 여러분 여기서 기쁜 소식 하나,

우리나라가 핵융합에너지 기술개발에 선두를 달리고 있습니다

핵융합에너지를 만들어내는 기술 ‘토카막’이라는 장치를 이용한 방식이

가장 많이 적용되고 있는데

우리나라의 토카막 기술이 세계 최고 수준이거든요.

 

이 토카막이 뭔지 설명해보자면

핵융합에너지가 또 하나의 태양이라고 불리는 이유를 알아봐야 하는데요

따지고 보면 태양에너지가 곧 핵융합에너지로

태양에서는 핵융합이 실시간으로 일어나고 있습니다.

태양은 이 중력이 워낙 크다 보니 그 자체로 엄청난 고압이 형성돼서

약 1000만도 정도의 온도에서도 핵융합이 활발하게 일어나죠.

하지만 지구에는 그 정도의 중력이 없다 보니

지구에서 핵융합에너지를 만들기 위해 온도를 높이는 방식을 쓰고 있는데요

그런데 이 핵융합이 일어나려면 최소 1억도가 돼야 합니다.

태양보다 자그마치 10배나 더 뜨거워야 하는 거죠.

 

과학자들은 연구 끝에

이 수소 원자와 전자에 자기장을 걸어 회전을 유도

서로 부딪히게 해, 마찰열을 발생시키는 방법으로

핵융합이 일어날 수 있는 1억도의 플라즈마를 만들었는데요

문제는 이 뜨거운 1억도 짜리 플라즈마를 담아낼 장치가 없다는 거였습니다.

우주 어디를 찾아봐도 1억도를 버틸 수 있는 금속은 없거든요.

 

이 문제를 해결하기 위해

토카막이라는 장치가 개발되었는데요

원리를 간단히 설명해드리면

플라즈마를 그릇에 담아내듯 부워 넣는 게 아니라

내벽에 닿지 않게 공중에 띄어놓는 겁니다

핵융합 에너지 상용화에 한 발짝 다가간 역사적인 발견이었는데요

 

그런데 이렇게 공중에 뛰어나도

열이 계속 새어 나와 내부 금속이 조금씩 손상되는 거예요.

이걸 얼만큼 안 새어 나오게 하느냐가 지금 핵융합 기술의 관건인데

이 부분에서 우리나라의 기술이 세계 최강이라는 겁니다.

 

다른 나라의 토카막 핵융합 방식 즉 H-모드를 보면

울퉁불퉁 불완전하게 경계면에서 열이 새어 나가지만

우리나라가 최근에 개발한 이 FIRE 모드 방식은

아주 경계가 안정적인 걸 볼 수 있습니다.

 

2021년 우리나라 연구진은

이 방식으로 1억도의 플라즈마를 30조 이상 유지하는데 성공해

세계 신기록을 세웠는데요

이전에도 한국이 한국을 뛰어넘는 진기록을 매년 달성해왔죠.

2018년에는 1.5초, 2019년에는 8초, 2020년에는 20초를 기록한 바 있습니다.

 

과학자들은 플라즈마를 300초 정도 유지시키면

상용화에 성공할 수 있을 거라고 보고 있는데

꿈의 300초에 가장 근접한 게 우리나라인 거죠.

 

최근에는 미국에서 이 토카막 방식과 다른 레이저 방식으로

150%까지 에너지를 뽑아내는데 성공해 화제가 되기도 했는데요

192개의 레이저를 아주 작은 점의 동시에 발사해

한 점에 모아놓은 수소 원자들이 뜨거운 열을 일으켜서

핵융합을 하는 ‘관성 가둠’ 방식으로

역사상 최초로 핵융합이 가능하다는 걸 증명했어요.

 

물론 이 토카막 방식, 레이저 방식

두 방식 다 아직 완전한 기술은 아닙니다.

-미국의 레이저 방식은

마치 성냥불을 탁 켰을 때 불이 확 타오르다가 금방 꺼지는 것처럼

지속이 불가능하다는 단점이 있고

-이 토카막 방식은 모닥불처럼 오래 타오를 수 있지만

앞서 말했듯 열이 밖으로 새어 나가는 걸 잡는게 관건이죠.

 

 

>>핵융합에너지 안전성

여기까지 들었을 때, 이런 걱정이 들 수 있을 것 같아요.

이 핵융합 에너지, 위험하진 않을까?

발전소에서 방사선이 새어 나오거나

핵폭발이 일어나 인류가 멸망하는 그런 위험일 말이죠.

 

제가 결론을 먼저 말씀드리면

핵융합 에너지는 ‘매우 안전’합니다.

 

앞서 설명드린 위험은

핵분열 에너지를 사용했을 때 일어날 수 있는 경우인데

핵분열과 핵융합 방식의 차이점은

‘도미노와 팽이’라고 볼 수 있어요.

 

핵분열은 이 한 번 시작하면

마지막 도미노가 무너질 때까지 연쇄적으로 반응이 일어나고

방사선이 분비되죠.

그에 비해 핵융합 방식은

이 채찍질을 하다 말면 팽이가 돌다가 멈추는 것처럼

핵융합 에너지 생성 중 문제가 생길 경우

수소 투입을 중단하거나 전원을 끄는 방식으로

핵융합 반응이 스스로 멈추도록 설계가 되어 있어서

아주 안전합니다.